粉绿狐尾藻对富营养化水体氮的去除作用及机制研究
粉绿狐尾藻对富营养化水体氮的去除作用及机制研究
【摘要】： 水体富营养化的根本原因是水体中氮磷等营养物质增加,氮是植物生长所必需的营养元素,水生植物在生长过程中需要吸收大量的氮供给自身生长的需求。粉绿狐尾藻是构建人工湿地和人工浮床的重要植物,对富营养化水体具有较强的净化能力,但关于粉绿狐尾藻对不同氮浓度及NH_4~+/NO_3~-比富营养化水体的去氮能力和氮在粉绿狐尾藻体内的吸收转运积累机制尚不清楚。本文以粉绿狐尾藻为试验材料,采用溶液培养试验,设置不同氮浓度及NH_4~+/NO_3~-比,研究粉绿狐尾藻的去氮能力及积累分配转化机制,以期为富营养化水体的生态修复提供理论依据和技术支撑。主要结果如下:1.研究了富营养化水体氮浓度及NH_4~+/NO_3~-比对粉绿狐尾藻生长特性的影响。结果表明:粉绿狐尾藻的生长受氮浓度及NH_4~+/NO_3~-比的影响,前3周以氮浓度20mg/L生物量最大,3周后以氮浓度200 mg/L生物量最大;前2周氮浓度不高于20mg/L的低氮浓度处理株高大于氮浓度100~400 mg/L的处理,2周后氮浓度5~200mg/L株高无显著差异,但氮浓度2、400 mg/L生长受到抑制;叶绿素含量随氮浓度升高而增加,且叶绿素a含量始终高于叶绿素b。氮浓度20、100 mg/L时,以NH_4~+/NO_3~-=1:0的生物量最大;氮浓度200 mg/L时,以NH_4~+/NO_3~-=0.5:0.5最大,且均在第3周~第5周达到最大;株高随时间增长,且不同氮浓度均以NH_4~+/NO_3~-=1:0的株高最大。2.研究了粉绿狐尾藻对富营养化水体的去氮能力。结果表明:粉绿狐尾藻的去氮能力受氮浓度及NH_4~+/NO_3~-比的影响,氮浓度不高于20 mg/L,粉绿狐尾藻处理1周水体总氮和铵态氮的去除率接近100%,而硝态氮浓度低、变化不大;氮浓度100~400 mg/L时,粉绿狐尾藻处理5周总氮去除率依次为48.1%~76.5%,铵态氮去除率为60.2%~99.6%,硝态氮去除率约为50%且处理间差异不大。粉绿狐尾藻在第1周对不同氮浓度和NH_4~+/NO_3~-比水体的总氮、铵态氮和硝态氮去除速率最高,去除速率随氮浓度升高而增加,对应的去除率分别为63.2%~96.7%、68.2%~96.4%和86.2%~97.8%;氮浓度20 mg/L时,铵态氮和硝态氮的去除无显著差异,氮浓度100、200 mg/L时,硝态氮的去除能力高于铵态氮。3.研究了富营养化水体氮浓度及NH_4~+/NO_3~-比对粉绿狐尾藻氮含量、积累分配和底泥氮沉降释放的影响。结果表明:氮浓度不高于20 mg/L时,粉绿狐尾藻既能吸收水体氮也能吸收底泥氮,干物质氮含量因氮浓度变化不大但部位间有“上高下低”趋势,氮浓度100~400 mg/L时,水体氮会沉降进入底泥,干物质氮含量随氮浓度升高呈显著增加,但部位间差异小、呈均匀分布。氮积累量和单位干物质氮积累速率随氮浓度升高而增加,且氮浓度20、100、200 mg/L间存在显著差异。氮浓度20、100、200 mg/L及不同NH_4~+/NO_3~-比时,粉绿狐尾藻干物质氮含量和积累量随氮浓度升高显著增长,且其含量和积累量均在第1周增长显著,1周后氮含量随时间变化不大;粉绿狐尾藻氮积累量及其在水体和底泥氮去除量的贡献率随氮浓度的升高而增加,氮浓度20 mg/L时氮积累贡献率以NH_4~+/NO_3~-=0:1最大,氮浓度100、200mg/L时以NH_4~+/NO_3~-=0.5:0.5最大。氮浓度20 mg/L的不同NH_4~+/NO_3~-比处理,底泥向水体释放氮;氮浓度100、200 mg/L的不同NH_4~+/NO_3~-比处理底泥氮沉降在第1周对水体氮去除的贡献率最高为35.4%~58.6%,底泥氮沉降是试验初期水体氮去除的主要途径。5周时不同氮浓度处理,水上部分/水下部分氮含量之比均以NH_4~+/NO_3~-=1:0最大,且随氮浓度的升高而减小,其它处理氮分配更趋于均匀化。4.研究了富营养化水体氮浓度和NH_4~+/NO_3~-比对粉绿狐尾藻体内氮主要存在形态和含量及氮代谢相关酶的影响。结果表明:粉绿狐尾藻体内蛋白质、氨基态氮和硝态氮的含量均随氮浓度的升高而增加且因NH_4~+/NO_3~-比的变化而不同,总体而言蛋白质含量>氨基态氮含量>硝态氮含量。不同氮浓度时,蛋白质含量均以NH_4~+/NO_3~-=1:0和NH_4~+/NO_3~-=0.5:0.5的含量较高,氨基态氮含量以NH_4~+/NO_3~-=1:0最高,硝态氮含量以NH_4~+/NO_3~-=0:1最高。粉绿狐尾藻氮代谢相关酶的活性受富营养化水体氮浓度和NH_4~+/NO_3~-比的影响。NR的活性随水体氮浓度升高而增加且基本均以NH_4~+/NO_3~-=0:1活性最高,减少硝态氮的积累;NH_4~+的同化过程中GS/GOGAT途径和GDH途径同时起作用,其中GS/GOGAT循环起主要作用,GDH起辅助作用。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
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